4J缸體鑄造工藝設(shè)計及優(yōu)化

高波，梁加芳，郝政曄，鄭翠華

（一拖（洛陽）鑄造有限公司,河南洛陽 47 100 4）

4J缸體鑄造工藝設(shè)計及優(yōu)化

高波，梁加芳，郝政曄，鄭翠華

（一拖（洛陽）鑄造有限公司,河南洛陽 47 100 4）

主要介紹了新產(chǎn)品4 J缸體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特點，結(jié)合一拖（洛陽）鑄造有限公司其他產(chǎn)品經(jīng)驗，在設(shè)計此產(chǎn)品過程中采取的新的思路，新的方式解決原有產(chǎn)品常出現(xiàn)的問題，主要包括整體設(shè)計、渦輪的生產(chǎn)方式設(shè)計、挺桿室設(shè)計優(yōu)化以及套頭裝配方式的設(shè)計。

缸體；鑄造工藝；設(shè)計優(yōu)化

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.011

0 引言

4J缸體是一拖（洛陽）鑄造有限公司給上海某柴油機公司提供的發(fā)動機缸體鑄件，是由該公司自主設(shè)計的新型發(fā)動機缸體機型。此鑄件為渦輪增壓的4缸缸體，主要應(yīng)用于小型客車發(fā)動機內(nèi)。此缸體在設(shè)計過程中采取了較多的有別與現(xiàn)有產(chǎn)品新的方式。

1 工藝整體生產(chǎn)方式的設(shè)計[1]

4J缸體（如圖1、圖2），從缸體整體分析，鑄造設(shè)計過程中主要分為以下幾種砂芯：主體、水套、油道、渦輪渦殼、挺桿室等幾種砂芯。

圖1 4J缸體上表面

圖2 4J缸體下表面

首先需要對4J缸體上下型方案進行設(shè)計。

4J缸體結(jié)構(gòu)與本公司原有產(chǎn)品YS6012缸體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相近，借鑒此產(chǎn)品前期出現(xiàn)的問題，在設(shè)計4J缸體時要盡可能避免出現(xiàn)同樣的問題。

YS6102缸體（圖3、圖4）在生產(chǎn)過程中，渦殼、渦輪采用在上箱將芯子下到砂芯上面的。

圖3 YS6102缸體上表面

圖5 、圖6為組芯照片。生產(chǎn)流程首先將渦殼、渦輪芯粘到側(cè)板上，其次再與主體芯裝配到一起，最后將窗口芯放到渦輪芯上，此種裝配方式與工藝方式弊端較多，主要如下：

圖4 YS6102缸體上表面

圖5 YS6102缸體砂芯裝配1

圖6 YS6102缸體砂芯裝配2

首先渦殼芯與渦輪芯裝配方式，裝配過程中容易粘不到或粘不牢到側(cè)板上導(dǎo)致砂芯掉或偏，在轉(zhuǎn)運過程中容易磕碰。并且在與主體、窗口芯組芯過程中經(jīng)常發(fā)生渦輪芯斷裂現(xiàn)象，鑄件毛坯也經(jīng)常出現(xiàn)由于渦輪斷裂導(dǎo)致鑄件報廢，并且比例較大。

其次將渦輪放到上箱的工藝，在澆注過程中產(chǎn)生的氣體較大，對產(chǎn)生氣孔缺陷的傾向比較大，在正常生產(chǎn)過程中此產(chǎn)品主要廢品缺陷就是氣孔，每年由于氣孔報廢的鑄件比例高達20%以上。

所以在設(shè)計4J缸體的初期要求將渦輪放到砂芯的下箱，將挺桿室放到砂芯的上箱即放到主體芯和套頭芯上。下芯方式如圖7、圖8所示。

2 挺桿室與主體芯方式裝配的優(yōu)化設(shè)計[2]

通過整體下芯的工藝方式后，對挺桿室如何下芯就作為設(shè)計的重點，如果設(shè)計不好，容易出現(xiàn)氣孔、挺桿室斷以及生產(chǎn)制造困難等一系列后續(xù)無法解決的問題。

圖7 4J缸體渦輪、渦殼下芯方式

圖8 4J缸體挺桿室下芯方式

設(shè)計過程中，由于挺注孔有三個透孔，所以要把三個透孔全部設(shè)計出來，并且將三處連接起來并在裝配中插入主體芯內(nèi)，在另一側(cè)與套頭配合放置，芯子如圖9、圖10所示。

圖9 挺桿室設(shè)計

圖10 挺桿室裝配

此種設(shè)計方式可以減少對孔的初加工工序。但在生產(chǎn)過程中，兩側(cè)的小挺注孔生產(chǎn)中無法制造出來，在射砂過程中此處不能全部射滿，導(dǎo)致廢芯率非常高，在對排氣系統(tǒng)以及射砂壓力進行調(diào)整后，廢芯率還是居高不下并且也影響正常調(diào)試生產(chǎn)。對于此問題對挺桿室進行優(yōu)化，將兩側(cè)透孔在鑄造工藝上去除，改為加工孔，相應(yīng)地將與主體配合的兩處芯頭去掉，與主體配合部位變小。修改后挺桿室生產(chǎn)正常，現(xiàn)場生產(chǎn)班產(chǎn)可以達到150模。圖11為更改后的結(jié)構(gòu)。

圖11 挺桿室更改后結(jié)構(gòu)

3 套頭芯與主體芯配合的工藝設(shè)計[3]

4J缸體套頭與主體側(cè)板配合結(jié)構(gòu)進行了新的設(shè)計。本公司現(xiàn)有缸體套頭和主體側(cè)板配合后，為了防止粘鐵，在裝配完后在芯頭上擠上泥條，首先是為了防止鐵液鉆出而造成排氣孔堵塞造成氣孔和鐵液不足等問題的出現(xiàn)，其次防止鐵液流出砂箱造成砂箱積鐵，圖12所示。

4J缸體在設(shè)計過程中為了解決此問題，在配合部位增加一處平臺，給鐵液流向制造出一處轉(zhuǎn)彎，在不用擠泥條的情況下，鐵液也不會流出去。不但減少以上問題，而且減少職工勞動量，圖13所示。

圖12 套頭芯與主體側(cè)板配合方式

圖13 挺桿室與主體側(cè)板優(yōu)化后的配合方式

通過前期的設(shè)計、優(yōu)化，現(xiàn)此4J缸體已經(jīng)正常批量生產(chǎn)，班產(chǎn)量可達300件，廢品率在5%以內(nèi)。

4 小結(jié)

鑄造生產(chǎn)，產(chǎn)品最初的設(shè)計非常重要，生產(chǎn)過程中所有的過程都需要考慮到位。設(shè)計過程中考慮不夠全面一方面會造成現(xiàn)場生產(chǎn)效率低下，職工操作困難；另一方面造成產(chǎn)品砂芯報廢以及鑄件不良品和廢品，對成本影響較大，甚至由于設(shè)計不成熟會造成無法生產(chǎn)的局面。

[1] 謝明師.鑄造手冊：造型材料（第四卷）.北京:機械工業(yè)出版社，199 4.

[2] 張緒國，宋君亮，李朝峰，等.干式四缸體鑄造工藝改進[J].鑄造技術(shù)，2012,33（1）:90-93.

[3] 王文清，李魁盛.鑄造工藝學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，199 8.

Design and optimization of casting process for 4J cylinder block

Gao Bo，LIANG JiaFang，HAO ZhengYe，ZHENG CuiHua
（YTO Casting Co.,Ltd.，Luoyang 471004，Henan，China）

This paper introduces a new product 4J cylinder product structure and characteristics.Combined with the company's other products experience, taking the design of this product in the process of new ideas, new ways to solve the original product problems, including the overall design, the production mode of turbine design and optimization design of tappet chamber and sleeve head assembly way.

cylinder block； casting process design optimization

T G 242.7；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 34-03

2017-05-08

稿件編號:170 5-178 1

高波（198 4—），工程師，主要從事鑄造工藝設(shè)計，新材料及新工藝的試驗和應(yīng)用工作研究.